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Processworks / QuikCAST Didacticiel Denis AUGUSTE Lyce de Lorgues

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Didacticiel Partie 1 Le choix des paramtres L'objectif de ce didacticiel est d'aider la comprhension et au choix des diffrents paramtres. Le choix du procd Les pices de petite et moyenne srie sont - quelques exceptions prs- (cire perdue par exemple) toujours moules "au sable". C'est un procd souple qui demande peu d'investissements. Les sables ( prise chimique) permettent une prcision dimensionnelle souvent suffisante au regard des exigences des clients, les zones demandant plus de prcision tant usines. On retrouve cependant aussi ces procds en grande srie, par exemple, pour le moulage de pices automobiles ; carters moteurs (en sable vert), les systmes de freinage (sable vert) ou les arbres came (croning) Il est possible de couler presque tous les alliages. Le moulage en coquille gravitaire est lui plus utilis pour des pices gnralement en alliage d'aluminium. Les investissements sont plus consquents, cela est donc gnralement rserv aux sries de plus de 2000 pices. Le moulage sous pression s'adapte bien aux trs grandes sries (en gnral plus de 20000 units), pour des pices en alliage d'aluminium ou en zamak par exemple. Sont ainsi raliss; des carters (alliages d'aluminium), des poignes de porte (zamak) des radiateurs de composants lectriques (zamak)

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Didacticiel Le choix des matriaux L'alliage Les diffrents alliages d'aluminium silicium ont des proprits mcaniques mais aussi des proprits de fonderie diffrentes. L'ajout de cuivre modifie l'usinabilit par exemple mais aussi -avec le magnsium- les possibilits de traitement thermique. Un AS7G peut tre considr comme courant, avec des caractristiques "moyennes". Les proprits des alliages ferreux sont plus "tendues". En fonction des diffrents lments d'alliage, un acier peut avoir une limite lastique, un allongement, une rsilience, une tenue en fatigue, une tenue la corrosion compltement diffrent. Le choix est trs vaste. De mme, les proprits en fonderie varient grandement. Sont distingus ici les aciers bas carbone des aciers haut carbone. En ce qui concerne les fontes, avec du graphite sphrodal, elles ont des caractristiques mcaniques qui se rapprochent de certains aciers. Les fontes graphite lamellaire sont les plus simples mettre en uvre, les moins coteuses, et ont de bonnes proprits de fonderie. Le moule En moule permanent, le moule mtallique est impos. En moulage sable, deux choix sont proposs : Sable vert (silico-argileux) : cest de la silice mlange avec de largile (bentonite par exemple) et de leau. C'est le plus utilis en grande srie. Le cot est modr et le recyclage presque total. Les noyaux utiliss dans ces moules sont tout de mme raliss en sable prise chimique. Sable prise chimique : c'est une (des)rsine(s) qui vient lier les grains de la silice sous l'action d'un durcisseur ou catalyseur (sous forme liquide ou gazeuse). Les caractristiques mcaniques du sable obtenu sont bien meilleures, il est possible d'obtenir un meilleur tat de surface mais le recyclage est dlicat et coteux. En ce qui concerne l'paisseur du moule, 100mm en moule non permanent (sable) et 50mm en moule permanent sont des choix pertinents.

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Didacticiel Le volume d'entre du mtal Pour le moulage gravitaire, il doit correspondre la dimension du jet de mtal liquide. Pour que la simulation puisse tre effectue, il faut que sa section ne dpasse pas de celle de la face de remplissage slectionne. Il est donc prfrable de cliquer bien au centre de la face de remplissage choisie. Une hauteur de 10mm suffit. Gnralement, on dfinit une forme cylindrique en moulage sable. Elle est plus souvent paralllpipdique en coquille. (Cf. systme de remplissage) Pour le moulage sous pression, il doit correspondre au devant du "vrin" d'injection. Il faut donc faire une extrusion de la surface de remplissage slectionne. Une hauteur de 10mm suffit. Taille de la grille (maillage) Une grille grossire fournira souvent des rsultats approximatifs mais elle assure des calculs rapides qui permettent de visualiser le comportement global et ventuellement dtecter des erreurs de paramtrage. Il est donc prfrable de toujours commencer par effectuer un tel calcul, peu coteux en temps. Ensuite, si ncessaire, une seconde simulation avec une grille moyenne est effectue. Enfin, l'utilisation d'une grille fine augmente fortement les temps de calcul et cela reste difficilement envisageable lors d'un TP. Cependant, cela permet de visualiser prcisment ce qui se passe dans l'ensemble de la grappe et pour une prsentation ou dmonstration, avec une simulation faite l'avance, c'est visuellement plus agrable.

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Didacticiel Conditions initiales Temprature initiale Ce paramtre correspond la temprature d'entre du mtal dans le moule. En gnral, avec une surchauffe (en entre de moule) de l'ordre de 100C pour les alliages d'aluminium, et de 150C pour les alliages ferreux. Valeur de la pression Cette pression correspond la pression dynamique lie la hauteur de chute du mtal. Une valeur de 2000Pa assure un remplissage raliste. Permabilit du moule Pour tenir compte de la contre pression gnre par l'air contenu dans l'empreinte lors de la coule, il faut dfinir la permabilit du moule en sable, au travers duquel passeront les gaz. Une valeur moyenne correspond 140 (GF). Nota: la permabilit des sables prise chimique est bien plus faible mais on pratique gnralement des vents ou tirages d'air. En moule permanent, la permabilit est nulle, il faut donc placer des vents sur la grappe. Ils ne sont pas ncessaires pour la simulation. Temprature initiale du moule En moulage sable, les moules sont temprature ambiante (20C) mais en moule permanent, la coquille est thermorgule environ 250 350C (cela varie suivant les pices, les alliages et les procds). Vitesse du mtal Destin au procd sous pression, ce paramtre est li la vitesse du "vrin" d'injection du mtal. Une valeur de 40m/s permet une simulation raliste. Dfinition de la gravit Ce paramtre permet de dfinir la direction, le sens et l'intensit de la gravit. Slection des options de calcul Il faut slectionner un calcul de solidification seule ou de remplissage suivi de la solidification (Cf. didacticiel solidification et masselottage) Temps maximal (de calcul) Pour ce paramtre, il faut considrer ce qui a t fait prcdemment (procd, permabilit, taille de la pice). Il peut cependant tre intressant de se limiter une valeur prcise, notamment si l'on craint par exemple que l'empreinte ne soit pas totalement remplie (et donc que les temps de calcul soient trs longs). Temprature d'arrt du calcul Ds que l'ensemble de la grappe est compltement solide, il n'est plus utile de continuer le calcul. On dcidera donc d'arrter le calcul lorsque toutes les parties seront sous la temprature de solidification. On choisira :500C pour les alliages d'aluminium. 1000C pour les ferreux

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Didacticiel Partie 2 Analyse des rsultats L'objectif de ce didacticiel est d'aider la comprhension de la pertinence des rsultats. Analyse du remplissage La premire analyse peut tre : l'empreinte est elle correctement remplie? Si ce n'est pas le cas, il se peut : Que le systme de remplissage soit mal dfini (voir didacticiel n3) Que la surchauffe (temprature initiale) soit trop faible Que la pice et l'alliage soient mal adapts (paisseur trop faible, problme de coulabilit) Que le temps maximal de calcul (temps maximal de solidification) soit trop faible Que la pression initiale soit trop faible Que la permabilit du moule soit trop faible Que la vitesse de remplissage (en sous pression) soit trop faible Le second constat peut-tre : le temps de remplissage obtenu est il conforme aux attentes?

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Didacticiel Analyse de la solidification C'est ici que l'on va dceler les zones o ont tendance apparatre les dfauts et visualiser l'effet des masselottes (Cf. didacticiel solidification et masselottage) Pour faire cela, il est possible de visualiser l'volution de la fraction solide et donc dterminer les dernires zones solidifies : Slectionner : fraction solide Cliquer sur l'icne iso surface et choisir une valeur suprieure 0,2. Regarder l'volution dans le temps. L'autre possibilit est de visualiser la prdiction des "porosits" (retassures). Si l'on s'intresse aux macro-retassures seules, il faut alors cliquer sur l'icne iso surface et choisir une valeur suprieure 20%.

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Didacticiel Partie 3 Le systme de remplissage L'objectif de ce didacticiel est d'aider la comprhension et la conception du systme de remplissage En gravitaire Le support pdagogique peut tre un volume remplir (ici une plaque verticale perce), avec une attaque latrale, typique du moulage en coquille. (Le fichier est propos en exemple) Nous allons nous attacher regarder l'influence du diamtre de la descente de coule sur le temps de remplissage. C'est traditionnellement ce qui est calcul par les fondeurs, la section des canaux et des attaques se dterminant avec l'chelonnement choisi. Le cas du procd sous pression est abord plus loin. Paramtres de simulation proposs : Moulage au sable par gravit Alliage AS7G Matriau moule: Sable vert d'paisseur 200mm Arrive du mtal : Cylindrique de diamtre 20mm (10mm de hauteur) Grille de taille moyenne Temprature initiale 720C Pression 2000 Pa Permabilit 140 GF Temprature initiale du moule 20C

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Didacticiel Diamtre (mm)4681012 Tr (s)531463,72,2 Effectuons les simulations en prenant un diamtre de descente de 4, 6, 8, 10 puis 12mm. Nota1: Si une fentre apparait avec un message d'erreur, il est fort probable que le volume d'entre soit mal dfini (plus large que la face qui le supporte) Nota2 : la section d'attaque doit varier pour respecter l'chelonnement choisi. La plupart des cas s'accommodent d'un chelonnement 1-1-1. Si l'on regarde le temps de remplissage, on observe On remarque que la variation n'est pas linaire. Le temps de remplissage est plutt inversement proportionnel la section de remplissage et donc au carr du diamtre. En moulage gravitaire au sable, les temps de remplissage sont gnralement de 3s 5s pour les pices courantes, (plusieurs kilos), jusqu' 12s pour les grosses pices (plusieurs centaines de kilos) et 30s et plus pour les trs grosses ralisations (plusieurs tonnes).L'paisseur "reprsentative" de la pice est un paramtre important car il faut remplir avant que le mtal ne fige (On crit Tr